某抽水蓄能電站位于浙江省天臺縣境內。是一座日調節純抽水蓄能電站,安裝4臺單機容量300 MW立軸單級混流可逆式水泵水輪機組。在2006年底全部投產(chǎn)發(fā)電,以二回500 kV出線(xiàn)接入華東電網(wǎng),承擔調峰、填谷、調頻、調相、緊急事故備用任務(wù)。
一、檢修排水系統結構桐柏電站的檢修排水系統,共設4臺排水泵,如圖1所示,1號、2號檢修水泵(大泵)用于排空引水隧洞、蝸殼、尾水管、尾水隧洞內的水;3號、4號檢修水泵(小泵)用于球閥、上下庫閘門(mén)等的滲漏排水。
每臺檢修水泵均配置逆止閥、壓力表和帶流量開(kāi)關(guān)的示流信號器,在1號、2號水泵出水管處各安裝了一個(gè)流量調節閥。系統中共有2根總管,一根為水泵的總吸水管,包括從每臺機組尾水管底部至總管的支管,總吸水管和部分支管及管路上的操作閥門(mén)布置在廠(chǎng)房管路廊道中;另一根為總排水管,可將水排至滲漏集水井中,再經(jīng)滲漏排水泵排至下庫。
二、技改前測量值產(chǎn)生偏差的原因分析桐柏地下廠(chǎng)房檢修排水系統布置在地下廠(chǎng)房3號與4號機組段的排水廊道層EL.38.3 m高程。其中,1號、2號檢修水泵(大泵),功率為280 kW,其運行方式包括手動(dòng)啟動(dòng)、手動(dòng)停止和緊急自動(dòng)停止;3號、4號檢修水泵(小泵),功率為45 kW,分為一臺主用,另一臺備用,由尾水管水位模擬量控制,并且根據累計運行時(shí)間長(cháng)短自動(dòng)輪換運行。在檢修水泵的控制邏輯中, 1號、2號檢修水泵(大泵)的自動(dòng)停止和3號、4號檢修水泵(小泵)的自動(dòng)啟、停,是通過(guò)安裝在檢修排水總吸水管上的壓力變送器來(lái)實(shí)現。具體的動(dòng)作過(guò)程為,當壓力變送器檢測到總進(jìn)水管水壓后,直接作用于傳感器的膜片上,使膜片產(chǎn)生與介質(zhì)壓力成正比的微位移,使傳感器的電阻值發(fā)生變化,其內部電子回路檢測到這一變化后,根據4～ 20 mA對應的實(shí)際水位整定值,轉換輸出對應于這一壓力的標準測量信號。

在檢修水泵控制邏輯中,當檢測到相應的啟泵水位信號后,通過(guò)現地可編程邏輯控制器(PLC)瞬間輸出一個(gè)脈沖觸發(fā)水泵啟動(dòng)繼電器,實(shí)現水泵的自動(dòng)控制,水泵運行后,安裝在管路上帶流量開(kāi)關(guān)的示流信號器會(huì )自動(dòng)監視水泵進(jìn)出口的水流量,以防止水泵在空載中運行,如果水泵運行后,一定時(shí)間內沒(méi)有收到流量信號,將去事故停泵。安裝在檢修排水總吸水管上的壓力變送器本身有模擬量顯示功能,測量值通過(guò)現地PLC將結果上送監控上位機,以供運行監盤(pán)人員觀(guān)察尾水管實(shí)時(shí)水位。
利用壓力變送器測量水位,測量結果容易受到其他因素的影響,
其一、總吸水管為動(dòng)態(tài)管路,測量結果往往受到“水鍾效應”的影響,因為,在排水工作時(shí),水泵總進(jìn)水閥打開(kāi)后,由于流體具有動(dòng)量和一定程度的可壓縮性,所以,流量的急劇變化將在管道內引起壓強過(guò)壓或過(guò)低的沖擊,壓力的沖擊將使管壁受力而產(chǎn)生噪聲,稱(chēng)為“水錘效應”,使壓力變送器測量值容易產(chǎn)生偏差;
其二、排水工作一般在有機組檢修任務(wù)時(shí)才進(jìn)行,平時(shí)壓力變送器處在靜止狀態(tài),加上所安裝的環(huán)境濕度較大、溫度偏低,對壓力變送器本身有一定影響,容易產(chǎn)生零位時(shí)漂的誤差,也會(huì )造成測量值產(chǎn)生偏差。測量值偏差后往往導致檢修水泵在運行時(shí),不能準確控制尾水管水位,更多時(shí)間需運行人員手動(dòng)啟停檢修水泵控制尾水管水位,增加了運行人員的工作量的同時(shí)也給設備和維護人員的工作帶來(lái)一定的危險性。假如,壓力變送器測量水位時(shí)發(fā)生了偏差,導致運行人員作出錯誤的判斷,許可檢修人員打開(kāi)尾水進(jìn)人孔,有造成水淹廠(chǎng)房的可能。
三、磁浮球液位計替換壓力變送器的技改針對壓力變送器測量尾水管水位時(shí),測量值產(chǎn)生誤差的缺陷,對壓力變送器的動(dòng)作條件以及現場(chǎng)的實(shí)際情況進(jìn)行了初步分析,認為利用連通器的原理,在總吸水管上面安裝一套浮子式的水位開(kāi)關(guān),這樣既能直觀(guān)地反映實(shí)時(shí)水位,又能保證水泵的安全、可靠運行,浮子開(kāi)關(guān)的位置可以根據實(shí)際的工作水位進(jìn)行布置,利用浮子的開(kāi)關(guān)量去控制水泵的正常啟停。經(jīng)查找多方面的資料以及咨詢(xún)相關(guān)設備的廠(chǎng)家后,決定對檢修排水系統增加一套水位測量裝置,具體方案為:在水泵的總吸水管上面安裝一套磁浮球液位計,如圖2所示。

它結構是利用旁通管的原理,主導管內的液位和尾水管內的液位高度一致,根據阿基米德定理,磁性浮子在液體中產(chǎn)生的浮力和重力平衡,當尾水管中的水位升降時(shí),液位計主導管內的浮子也隨之升降,浮子內的永久磁鐵通過(guò)磁耦合驅動(dòng)指示器內的翻板指示器,當液位上升或下降時(shí),翻板指示器由白色翻轉為紅色,或由原來(lái)的紅色翻轉為白色,指示器的顏色改變的高度就是被測水位的實(shí)際高度,從而實(shí)現液位的現場(chǎng)指示,以供運行人員目測尾水管的實(shí)時(shí)水位。安裝于液位計管壁外側的磁記憶開(kāi)關(guān),可多點(diǎn)設置、滑動(dòng)調整位置,提供了液位開(kāi)關(guān)量報警功能。在裝置的頂部安裝了一個(gè)自動(dòng)排氣裝置,當主導管內液位上升時(shí)能夠自動(dòng)的排氣,下降時(shí)能夠按時(shí)補氣?，F場(chǎng)安裝磁浮球液位計時(shí),裝置標尺的0位,對應的實(shí)地高程為EL.40.0 m。浮子開(kāi)關(guān)設定5個(gè)水位動(dòng)作值,檢修水位低開(kāi)關(guān)量報警值對應的高程為40.3 m;停止所有檢修水泵的開(kāi)關(guān)量,所對應的高程為40.5 m;啟動(dòng)主用檢修水泵的開(kāi)關(guān)量,所對應的高程為40.9 m;啟動(dòng)檢修水泵主用泵的開(kāi)關(guān)量,以及要求手動(dòng)啟動(dòng)大泵,并作為水位高報警上送上位機,所對應的高程為41.1 m與41.2 m,兩個(gè)開(kāi)關(guān)量并列接入。全部開(kāi)關(guān)量分別送入PLC,如圖3所示。

水位點(diǎn)40.9 m、41.1 m、41.2 m的開(kāi)關(guān)量有上升自保持功能;水位點(diǎn)40.3 m、40.5 m的開(kāi)關(guān)量有下降自保持的功能。技改過(guò)程中保留了壓力變送器的接線(xiàn),讓其模擬量繼續上送上位機,只作為顯示用,但在檢修排水系統邏輯中取消壓力變送器控制檢修水泵的啟停功能,邏輯里增加了由浮子開(kāi)關(guān)來(lái)控制檢修水泵的啟停過(guò)程。由于在磁浮球液位計的進(jìn)水接口法蘭處安裝有
閥門(mén),在平時(shí)不需要水泵水輪機排水檢修時(shí),該閥門(mén)處于關(guān)閉狀態(tài),必要時(shí)可以通過(guò)裝置底部的排污閥門(mén)把液位計主導管內的水排空。
四、磁浮球液位計實(shí)現水泵自動(dòng)啟停過(guò)程
1號、2號檢修水泵(大泵)的運行方式主要有手動(dòng)啟動(dòng)、手動(dòng)停止和緊急自動(dòng)停止,這里不做具體介紹;主要介紹利用磁浮球液位計的液位開(kāi)關(guān)量來(lái)啟停3號、4號檢修水泵(小泵)的動(dòng)作過(guò)程。因為3號、4號檢修水泵(小泵)主要用于球閥、上下庫閘門(mén)等的滲漏排水。此時(shí),壓力鋼管已經(jīng)排空或者球閥已經(jīng)關(guān)閉,當尾水閘門(mén)關(guān)閉后,打開(kāi)檢修排水聯(lián)絡(luò )閥(見(jiàn)圖1)讓水通過(guò)總排水管自流排至滲漏集水井,再經(jīng)滲漏排水泵排至下庫,值班人員可以通過(guò)原壓力變送器上的模擬量觀(guān)察實(shí)時(shí)水位,當水位下降到一定高程后,再打開(kāi)磁浮球液位計下部法蘭處的進(jìn)水閥門(mén),此時(shí)磁浮球液位計主導管內水位上升,安裝于主導管內的浮子也隨之上升,連帶著(zhù)液位計管壁外側的磁記憶開(kāi)關(guān)隨之動(dòng)作,*先復歸了水位低和太低信號,隨著(zhù)水位上升到40.9 m時(shí),相對應的開(kāi)關(guān)量動(dòng)作,信號送入PLC后,通過(guò)檢修水泵啟動(dòng)邏輯,瞬間輸出1個(gè)脈沖,觸發(fā)水泵啟動(dòng)信號。如圖4所示。

繼電器K1動(dòng)作,接點(diǎn)11、14接通,此時(shí)水泵已在自動(dòng)位,選擇開(kāi)關(guān)接點(diǎn)1、2接通,回路中K2為PLC脈沖輸出停泵繼電器,沒(méi)有動(dòng)作,其接點(diǎn)11、12常閉點(diǎn)閉合,根據主回路可知,啟動(dòng)水泵接觸器K3動(dòng)作,主用水泵啟動(dòng)。當水位繼續上升,到達41.1 m或41.2 m時(shí)備用泵隨之啟動(dòng),如需必要可以再手動(dòng)啟動(dòng)1號、2號檢修水泵。相反,水位下降后,到達水位點(diǎn)40.5 m時(shí),輸出脈沖觸發(fā)繼電器K2停止水泵運行。
五、結語(yǔ)
在檢修排水系統中,采用磁浮球液位計來(lái)代替壓力變送器,在實(shí)際水位的觀(guān)察上直觀(guān)清晰,由于指示部分與被測介質(zhì)完全隔離,其機構密封結合面少,不易滲漏,運行安全可靠,該裝置易于安裝、維修也方便,工作時(shí)不受環(huán)境溫、濕度的影響。利用液位計管壁外側的磁記憶開(kāi)關(guān),做到自動(dòng)控制檢修水泵啟停功能后,增加了檢修水泵設備的運行安全性和可靠性,同時(shí)對運行人員能夠準確地判斷尾水管水位,提供了依據。通過(guò)此次的技改,使我們認識到面對缺陷要利用科學(xué)的方法去分析,用合理的辦法去解決,確保電站設備的安全可靠運行。